Oxford-studie afslører: To urgamle genetiske fordoblinger skabte forudsætningen for vores avancerede hjerner

Oxford-studiets resultater er opsigtsvækkende klare. Ved at analysere genaktiviteten i enkelte hjerneceller på tværs af fem vidt forskellige arter – menneske, mus, firben, lampret (en primitiv åle-lignende fisk) og amphioxus (et lille, fiskelignende dyr, der er et hvirveldyrs nærmeste hvirvelløse slægtning) – kunne forskerne endegyldigt afgøre spørgsmålet .

Studiet viser, at de genpar, der stammer fra helgenom-duplikationerne – kaldet ohnologer – er uforholdsmæssigt stærkt repræsenteret som markører for unikke hjernecelletyper. De spiller en langt mere prominent rolle end gener, der er opstået gennem andre former for duplikation. Med andre ord: De gener, der definerer, hvad der gør én hjernecelle forskellig fra en anden, er i overvældende grad produkter af disse to urgamle kopieringer .

Hvordan skabte kopierede gener ny kompleksitet?

Det afgørende er, hvad der efterfølgende skete med de kopierede gener. De fleste ohnologer opfandt ikke helt nye funktioner. I stedet skete der en proces kaldet subfunktionalisering. Man kan forestille sig et urgammelt gen, der havde ansvaret for flere opgaver i en simpel, multifunktionel forløbercelle. Efter duplikationen kunne de to identiske genkopier dele forfaderens roller imellem sig. Den ene kopi specialiserede sig i opgave A, den anden i opgave B .

I amphioxus, vores hvirvelløse slægtning, ser man, at bestemte nøglereguleringsgener er bredt aktive på tværs af mange celler. Hos hvirveldyr er de fordoblede udgaver af de samme gener derimod finfordelt og aktive i hver deres specialiserede celletyper. Dette genetiske arbejdsfordelingsprincip gjorde det muligt for forfaderens simple celletype at splitte op i flere, mere specialiserede datterceller, og dermed opstod grundlaget for en mere kompleks hjerne .

En vedvarende arv over hundredvis af millioner år

Studiets seniorforfatter, professor Sebastian Shimeld fra University of Oxford, udtaler: "Vores resultater afslører, at to genetiske fordoblingshændelser var fundamentale for at muliggøre evolutionen af komplekse hjerner. Ved at duplikere hvert eneste gen i genomet fik naturen et råstof, der kunne genbruges til at bygge nye typer af hjerneceller."

Medforfatter professor Peter Holland tilføjer: "Nye hjerneceller havde brug for nye gener. Og ikke hvilke som helst gener – det var de ekstra gener, der opstod ved et tilfældigt kopieringsuheld i arvemassen, før de første fisk svømmede i havet."

Det mest opsigtsvækkende er måske, at denne effekt ikke var en engangsforeteelse. Studiet viser, at ohnologer fortsatte med at definere nye celletyper i helt nyere evolutionære hjernestrukturer som lillehjernen. Det betyder, at disse genetiske begivenheder for over en halv milliard år siden systematisk har forstærket hjernecellers evolution lige siden og stadig sætter rammerne for kompleksiteten i vores egne hjerner .